2023-2024年山西省晋中市高一下学期期中考试物理试题（解析版）

晋中市2023-2024高一下学期期中考试物理一、单项选择题1.如图所示为自行车比赛圆形赛道，赛道与水平面间有一夹角，某运动员骑自行车在同一赛道上以速率做匀速圆周运动，自行车所受侧向（垂直于速度方向）摩擦力为，不考虑空气阻力，下列说法正确的是（）A.速率小于时，自行车所受侧向摩擦力仍为B.速率小于时，自行车所受侧向摩擦力沿路面指向内侧C.速率大于时，自行车所受侧向摩擦力沿路面指向内侧D.该运动员在骑行过程中，自行车所受合外力沿路面斜向下【答案】C【解析】当运动员骑自行车以小于的速度沿该赛道做匀速圆周运动时，支持力与重力的合力大于所需向心力，自行车有做近心运动的趋势，则自行车所受侧向摩擦力不为零，方向沿倾斜路面指向外侧，故AB错误；当运动员骑自行车以大于的速度沿该赛道做匀速圆周运动时，支持力与重力的合力不足以提供向心力，则摩擦力有指向轨迹中心的分量，则自行车所受到的摩擦力沿倾斜路面指向内侧，故C正确；该运动员在骑行过程中，自行车沿该赛道做匀速圆周运动时，支持力与重力的合力提供向心力，合力为水平方向，轨道平面平行于水平面，故D错误。故选C。2.体操单杠比赛中，有一个单臂大回环动作，如图所示为运动员在最高点时的情景，则（）A.运动员在最高点的最小速度不能为B.在最高点，单杠对运动员的作用力提供运动员圆周运动的向心力C.单杠对运动员的作用力与运动员的重力始终是一对平衡力D.若运动员在最高点的速度增大，则运动员需要的向心力增大【答案】D【解析】当在最高点单杠对运动员的支持力等于重力时，最小速度为，故A错误；在最高点，单杠对运动员的作用力和重力的合力提供运动员圆周运动的向心力，故B错误；由于运动员做的圆周运动，所以单杠对运动员的作用力与运动员的重力不一定平衡，故C错误；根据，若运动员在最高点的速度增大，则运动员需要的向心力增大，故D正确。故选D。3.如图所示，质量为的星球和质量为的星球组成一个稳定的双星系统，绕公共的圆心做匀速圆周运动，若测得星球的线速度大小为，则星球的线速度大小为（）A. B. C. D.【答案】A【解析】设双星间的距离为，星球A、做匀速圆周运动的轨迹半径分别为、，稳定的双星系统中两星球具有相同的角速度，双星间的万有引力提供向心力，有，，解得，两星的线速度，，解得，故选A4.如图所示，水平地面上固定有一竖直光滑杆，杆上套有质量为的圆环，地面上放一质量为的物块，圆环和物块由绕过光滑定滑轮的轻绳相连，连接圆环和物块的轻绳与竖直方向的夹角分别为，，。施加外力使得物块以速度匀速向右运动，则此时圆环沿杆上升的速度大小为（）A. B. C. D.【答案】D【解析】对的速度沿绳与垂直于绳进行分解可得，对速度沿绳与垂直于绳进行分解可得，、沿绳方向速度相等，则有，代入数据得，故选D。5.如图所示，天花板上有一可自由转动的光滑小圆环，一轻质细绳穿过小圆环，两端分别连接小球、。现使两小球平稳地在各自的水平面内做周期相等的匀速圆周运动，、两小球到的距离分别为、，则、两小球的质量之比等于（）A. B. C. D.【答案】B【解析】设、绳与竖直方向的夹角分别为、，则球，同理，球，故，故选B。6.“打水漂”是一种常见的娱乐活动，一薄铁片从距离水面高度为处水平抛出，水平方向运动距离，与水面第一次作用后，薄铁片会反复在水面上弹跳前进。假设薄铁片和水面每次接触后，在水平方向，速度不变，而在竖直方向，速度方向相反，大小变为原来的，已知重力加速度为，不计空气阻力，则（）A.薄铁片抛出的初速度大小为B.薄铁片第二次与水面接触后上升的高度为C.薄铁片从与水面第一次接触到第二次与水平面接触水平方向的位移大小为lD.薄铁片每次接触水面时速度方向与水面的夹角不变【答案】C【解析】根据平抛运动，，解得，故A错误；第一次竖直方向自由落体有，薄铁片第二次与水面接触后速度为，竖直方向做竖直上抛运动，根据，薄铁片第二次与水面接触后上升的高度为，故B错误；薄铁片从与水面第一次接触到第二次与水平面接触水平方向的时间，薄铁片从与水面第一次接触到第二次与水平面接触水平方向的位移大小为，故C正确；薄铁片接触水面时速度方向与水面的夹角的正切值为，因为水平速度不变，竖直方向速度变小，所以薄铁片每次接触水面时速度方向与水面的夹角变小，故D错误。故选C。7.如图所示，水平薄板上放置质量为物块，用水平轻绳通过光滑的固定小圆环悬挂质量为的小球，小球到小圆环的绳长为，小球以悬挂点为顶点做匀速圆锥摆运动，绳与竖直方向的夹角为时，物块刚好不滑动。已知、及圆环可视为质点，重力加速度为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是（）A.小球的运动周期为B.和水平薄板间的动摩擦因数为C.当转动的角速度减小时，绳与竖直方向的夹角减小D.当转动的角速度减小时，滑块可能滑动【答案】C【解析】以为对象，根据牛顿第二定律可得，解得小球的运动周期为，故A错误；设绳子拉力为，以为对象，竖直方向根据受力平衡可得，以为对象，根据受力平衡可得，解得和水平薄板间的动摩擦因数为，故B错误；以为对象，根据牛顿第二定律可得，可得，可知当转动的角速度减小时，增大，绳与竖直方向的夹角减小；根据，可知绳子拉力减小，则受到的静摩擦力减小，滑块不可能滑动，故C正确，D错误。故选C。二、多项选择题8.经长期观测，人们在银河系中发现非常多的双星系统。如图所示，为、两颗恒星组成的双星系统，、绕连线上一点做圆周运动，测得、两颗恒星间的距离为，质量之比为，恒星的周期为，下列说法正确的是（）A.做圆周运动的周期小于做圆周运动的周期B.、做圆周运动的半径之比为C.、做圆周运动的向心加速度之比D.、两颗恒星质量之和为【答案】BCD【解析】双星系统的角速度相同、周期相同，故A错误；双星系统中两颗星体之间的万有引力提供各自做圆周运动的向心力，有，，其中，解得，，，，则有，，，故BCD正确。故选BCD。9.小船过河时，以小船所在位置为坐标原点，建立如图所示的直角坐标系，以水流速的方向为轴正方向，水流速的大小为，垂直于水流速的方向为轴，小船船头垂直于河岸在方向做初速度为，加速度为的匀加速直线运动，已知河宽为，则（）A.小船到达对岸的速度方向与轴夹角的正切值为B.小船到达对岸的速度大小为C.小船到达对岸的坐标为D.小船的运动轨迹方程为【答案】BCD【解析】小船到达对岸时，沿轴方向有，解得，小船到达对岸时，沿轴方向的分速度为，小船到达对岸的速度方向与轴夹角的正切值为，小船到达对岸的速度大小为，沿轴方向有，则小船到达对岸的坐标为，故A错误，BC正确；小船沿轴方向有，沿轴方向有，联立可得小船的运动轨迹方程为，故D正确故选BCD。10.如图所示，粗糙水平转盘上静止放有两个质量均为的小物块和，物块与转盘之间的动摩擦因数为，物块与转盘之间的动摩擦因数为，物块用长度为的细线拴接在过转盘圆心的竖直转轴上，物块和物块用长度为的细线拴接。初始时，两细线刚好沿同一条半径方向绷直，重力加速度取。现让水平转盘缓慢转动起来，则下列说法正确的是（）A.当角速度大小为时，两细线上会同时出现拉力B.当角速度大小为时，、间细线拉力大小为C.当角速度大小为时，物块受到的摩擦力大小为D.两细线中拉力大小相等时，转盘的角速度大小为【答案】BD【解析】当、间细线刚有拉力时，有，解得；当、间细线刚有拉力时，有，解得，故角速度大小为1.0rad/s时，、间细线有拉力，、间细线无拉力，A错误；由于，所以当角速度大小为时，和与转盘间的摩擦力都已经达到最大静摩擦，、间细线上有拉力，由，解得，B正确、C错误；两细线中的拉力大小相等时，对、整体受力分析有，对受力分析有，联立解得，D正确。故选BD。三、实验题11.如图1所示，在“探究平拋运动特点”的实验中：（1）关于该实验，以下说法正确的是______（填选项序号）。A.小球释放的初始位置越高越好B.每次小球要从同一高度处由静止释放C.斜槽的末端切线必须水平D.小球在平抛运动时要靠近但不接触木板（2）某同学为了更精确地描绘出小球做平抛运动的轨迹，使用频闪照相机（每隔相等时间拍一次照片）拍摄小球在空中的位置。小球在平抛运动中的几个位置如图中的、、、所示，由于照片上的污渍，球在坐标纸上的位置模糊不清。已知图中每个小方格的实际边长，重力加速度取，那么：①照相机的频闪周期______；②小球做平抛运动的初速度大小是______。【答案】（1）BCD；（2）①.，②.【解析】（1）小球释放的初始位置要适当，不是越高越好，故A错误；为了让小球平抛的初速度相同，每次小球要从同一高度由静止释放，故B正确；斜槽轨道末端必须水平，小球才能做平抛运动，故C正确；小球在平抛运动时要靠近但不接触木板，故D正确。故选BCD。（2）①[1]竖直方向每个点间的时间相同，所以竖直方向位移差相等，根据图可知，、竖直差一格，、竖直差两格，所以根据，解得照相机的频闪周期；[2]小球做平抛运动的初速度大小是。12.某同学用如图甲所示的实验装置探究影响向心力大小的因素。其中水平直杆固定在竖直转轴上，左侧水平直杆上套有一质量可调节的滑块，滑块用长度可调的细线与固定在竖直转轴上的力传感器相连，右侧水平直杆上竖直固定一宽度为的挡光条，挡光条到竖直转轴的距离为，光电计时器可记录挡光条通过光电门的时间t。（1）挡光条通过光电门的线速度大小为________（用题目中的字母表示），若挡光条竖直安装在水平直杆上的俯视图如图乙所示，则导致测得挡光条通过光电门时的线速度________（填“偏大”或“偏小”）。（2）探究向心力大小和线速度大小的关系。保证滑块的质量和滑块到转轴的距离不变，多次改变装置的转速，测量多组细线的拉力大小和对应的遮光时间，并用图像法处理实验数据，结果如图丙所示，图像中纵截距的绝对值的物理意义为________________。【答案】（1）①.，②.偏大；（2）滑块与水平直杆之间的最大静摩擦力大小【解析】（1）[1]挡光条通过光电门的线速度大小为；[2]图乙中挡光条通过光电门时有效挡光宽度小于实际宽度，会使挡光时间变短，所以会导致测得挡光条通过光电门时的线速度偏大。（2）[1][2]滑块和挡光条的角速度大小相等，有，解得，滑块受到的合外力提供滑块做圆周运动的向心力，有，整理得，图像的纵截距的绝对值的物理意义为滑块与水平直杆之间的最大静摩擦力大小。四、计算题13.年月日，中国载人月球探测任务新飞行器名称已经确定，新一代载人飞船命名为“梦舟”，月面着陆器命名为“揽月”。假设“梦舟”飞船绕月球表面飞行的周期为，“揽月”飞行器在月球表面着陆后，宇航员在月球表面将一小球从倾角为的斜面上，以水平速度抛出后，仍落在斜面上，如图所示。月球半径为，空中运动时不计阻力，求：（1）月球表面的重力加速度大小；（2）从斜面上抛出的小球，经过多长时间落在斜面上。【答案】（1）；（2）【解析】（1）飞船绕月球表面飞行的周期为，则有，解得月球表面的重力加速度大小为；（2）从斜面上以水平速度抛出的小球，落在斜面时，有，可得下落时间为。14.如图所示，一倾斜的匀质圆盘绕垂直于盘面的固定轴以恒定角速度转动，盘面上离转轴距离处有一质量、可视为质点的物体与圆盘始终保持相对静止。盘面与水平面的夹角为，且是轨迹圆上的最高点，是轨迹圆上的最低点，物体与盘面间的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度取，，。（1）当圆盘角速度时，求物体受到的向心力大小，以及物体在点受到的摩擦力大小；（2）当圆盘角速度时，为维持物体相对圆盘静止，求物体与盘面间的动摩擦因数的最小值。【答案】（1）；（2）【解析】（1）当角速度时，由，代入数据解得，由于向心力小于，所以摩擦力背离圆心，如图，在点，有，代入数据解得；（2）当物体转到圆盘的最低点恰好不下滑，此时为的最小值，受力分析如图，，，代入数据解得。15.如图所示，水平地面上有一固定的斜面体，其中斜面的倾角为，边长为，边长为。一小球从斜面上的点以大小为的初速度沿边进入斜面开始运动。不计小球与斜面间的摩擦力与空气阻力，小球可视为质点，重力加速度取，，，求：（1）小球在斜面内运动的时间；（2）小球离开斜面时的速度大小；（3）小球离开斜面第一次落到地面上